Overspanningsbeveiliging in buitenverlichting: waarom 10 kV

Waar overspanning vandaan komt

Overspanning is een kortstondige piek van honderden tot duizenden volt op een net van 230 V. Buitenverlichting krijgt er veel meer mee te maken dan een armatuur in een kantoor, om drie redenen: de kabels zijn lang, de masten zijn van metaal en ze staan meestal op het hoogste en meest open punt van een terrein.

De twee belangrijkste bronnen:

• Onweer. Een directe inslag is zeldzaam, maar een inslag in de buurt induceert in een kabeltraject van een paar honderd meter al snel enkele kilovolt. Hoe langer de kabel en hoe opener het terrein, hoe hoger de piek.
• Schakelpieken. Het in- en uitschakelen van grote motoren, compressoren, condensatorbanken of een hele verlichtingsgroep ineens veroorzaakt pieken van enkele honderden volt tot een paar kilovolt. Die komen veel vaker voor dan onweer en de schade stapelt zich op.

Ook de netbeheerder zelf zorgt voor pieken, bijvoorbeeld bij het omschakelen in het middenspanningsnet. Een armatuur aan het einde van een lange groep straatverlichting ziet al deze pieken voorbijkomen.

Waarom de driver het eerst sneuvelt

De LED-module zelf is robuust. Het zwakke punt is de driver: de bruggelijkrichter, de schakel-MOSFET en de elektrolytische condensatoren aan de ingang verdragen een piek van een paar kilovolt hooguit enkele microseconden. Een enkele zware piek slaat de driver direct kapot; een reeks kleine pieken beschadigt de componenten stap voor stap.

Herkenbare symptomen van overspanningsschade zijn een armatuur dat na een onweersnacht donker blijft, een driver die in de zomer uitvalt terwijl de zekering nog heel is, flikkeren bij het inschakelen, en meerdere armaturen in dezelfde groep die binnen een paar weken na elkaar uitvallen. Dat laatste wijst vrijwel altijd op overspanning.

Hoe een SPD in het armatuur werkt

Een SPD (surge protective device) is een kleine module tussen de netaansluiting en de driver. Hij bestaat uit varistoren en meestal een gasontladingsbuis. Bij normale spanning laten die niets door; stijgt de spanning boven een drempel, dan worden ze in nanoseconden geleidend en leiden ze de piek af. Varistoren tussen L en N vangen de piek in differential mode, de verbinding naar PE vangt de piek in common mode tussen de voedingsaders en aarde.

Belangrijk is het gedrag aan het einde van de levensduur. Elke afgeleide piek slijt de varistor een beetje. Een goede SPD schakelt het armatuur aan het einde van zijn levensduur uit, zodat de storing zichtbaar wordt en u de module vervangt. Een SPD die stilletjes doorbrandt, laat de volgende piek ongehinderd door naar de driver.

Een driver zonder aparte SPD heeft meestal een ingebouwde bescherming van 2 tot 4 kV. Dat is voldoende binnen, maar niet op een mast.

4, 6 of 10 kV: welke klasse voor welke plek

De klasse van een SPD volgt uit de test volgens IEC 61000-4-5: een spanningsgolf van 1,2/50 µs met een bijbehorende stroomgolf van 8/20 µs. Omdat de testgenerator een impedantie van 2 ohm heeft, horen de getallen bij elkaar: 4 kV/2 kA, 6 kV/3 kA en 10 kV/5 kA.

• 4 kV: binnenverlichting in kantoren, winkels en hallen aan een korte, afgeschermde installatie. High bays zoals ATRIA hangen onder een dak aan een korte groep.
• 6 kV: gevelverlichting en terreinverlichting dicht bij het gebouw, waar de kabel kort is en een verdeler met SPD type 2 in de buurt zit.
• 10 kV: straatverlichting, parkeerterreinen, bedrijventerreinen en sportvelden. Lange kabeltrajecten, masten van 4 tot 6 meter in open veld en een verdeler die honderden meters verderop staat.

Daarom zijn de straatarmaturen van VIA uitgevoerd met 10 kV overspanningsbeveiliging, in IP66 en kantelbaar op een mast van 60 mm. Schijnwerpers op een mast, zoals FLUX op een parkeerterrein of sportveld, staan in dezelfde omstandigheden; controleer in de specificatie welke klasse het armatuur heeft en vul zo nodig aan met een SPD in de mastaansluitkast of in de verdeler.

Aarding van de mast en de mastaansluitkast

Een SPD leidt energie af, en die energie moet ergens heen. Zonder goede aardweg werkt alleen de bescherming tussen L en N. Bij een klasse I-armatuur op een stalen mast zoals TURRIS loopt de aardweg via de PE-ader van de voedingskabel, de aardlitze bij het deurluik en de mastaansluitkast. Controleer bij montage dat die verbindingen echt gemaakt zijn; een losse aardlitze is een veelgemaakte fout.

De mastaansluitkasten van NEXUS zijn uitgevoerd met aardlitzes en één of twee zekeringen per mast. Die zekeringen beschermen tegen kortsluiting, niet tegen overspanning: een piek van microseconden is allang voorbij voordat een zekering reageert. De combinatie die werkt, is een SPD type 2 in de verdeler aan het begin van de groep en 10 kV in elk armatuur aan het einde. Zo wordt de energie in twee stappen afgebouwd.

Werkt u in een klasse II-installatie zonder PE, zoals veel openbare verlichting, dan beschermt de SPD alleen tussen L en N. Dat is nog steeds de meest voorkomende piek, dus ook daar is 10 kV zinvol.

Wat u doet na een storing door overspanning

• Noteer datum, tijdstip en weer. Een onweersbui in de buurt is later eenvoudig na te zoeken en maakt de oorzaak aannemelijk.
• Controleer de hele groep, niet alleen het armatuur dat donker is. Overspanning raakt meestal meerdere masten tegelijk.
• Schakel de groep spanningsloos en meet de isolatieweerstand van de kabel met de armaturen losgekoppeld. Meet nooit met 500 V op een aangesloten driver of SPD.
• Vervang een uitgeschakelde SPD-module en controleer de driver. Is de SPD onbeschadigd en de driver defect, dan was de piek vermoedelijk te groot voor de klasse of kwam hij binnen via een andere weg.
• Controleer de aardlitze en de PE-aansluiting in de mastaansluitkast voordat u de groep weer inschakelt.

Valt een groep bij elk onweer uit, dan is de bescherming niet op orde. Laat dan de verdeler nakijken op een SPD type 2 en vervang armaturen zonder 10 kV op de buitenste masten als eerste.

Veelgestelde vragen